集中力量攻克煤炭洁净发电关键技术

燃煤发电是大气中CO2、SO2和NOx排放的重要来源。在重大能源技术变革和新的主体能源出现之前，我国以煤为主的能源结构在相当长的时期内将难以根本改变。要实现节能减排目标，优化能源结构，必须实现煤的现代化利用，集中力量攻克煤炭洁净发电关键技术至关重要。

一、IGCC和CCS技术是洁净煤利用的关键

煤炭是廉价但带来污染的能源。燃烧煤炭所带来的污染，根子不在煤炭本身，而在于燃烧技术不过关，以及对燃烧过程治理不力。洁净煤技术是高效、洁净的煤炭加工、燃烧、转化和污染控制技术。在中短期内发展高效的洁净燃煤发电技术，远期使碳埋藏在技术和商业上达到成熟，是世界洁净煤技术的发展方向。目前，碳捕获及封存技术（CCS）和整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电技术（IGCC）是世界公认的最具发展前景的技术，通过二者结合，可实现CO2的零排放，提高燃煤效率，大大降低SO2和NOx排放。

（一）IGCC是世界上最先进的节能环保发电技术

整体煤气化蒸汽燃气联合循环发电技术（IGCC）是当今国际上正在兴起的一种先进的洁净煤发电技术；具有高效、低污染、节水、综合利用好等优点。IGCC系统是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由煤的气化与净化和燃气-蒸汽联合循环发电两大部分组成。第一部分的主要设备包括气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置），第二部分的主要设备包括燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。IGCC的工艺流程为：煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料，然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体工质以驱动燃气透平做功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机做功。

IGCC发电既有高发电效率，又有极好的环保效能。该技术最有希望实现零排放，能满足各种严格的环保标准要求。在目前技术水平下，其发电效率可达45%以上，今后可望达到75％以上。而污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1／10，脱硫效率可达99%，对高硫煤有独特的适应性，氮氧化物排放只有常规电站的15%～20%，耗水只有常规电站的1／2～1／3，利于环境保护。IGCC技术还能同时生产甲醇、汽油、尿素、硫磺或硫酸以及灰渣建材等产品，更好的实现煤炭资源的综合利用。

（二）CCS技术能有效缓解温室效应

碳捕捉和封存技术（CCS）是全球公认的降低二氧化碳排放方法。该技术要求首先对燃煤发电中产生的二氧化碳进行捕捉和收集。二氧化碳的收集有3种方式：后燃烧系统、预燃烧系统和加氧燃烧。

后燃烧收集碳的技术同现已大规模用于天然气分离二氧化碳的技术相似；预燃烧收集碳技术现已大规模应用于生产氢气；加氧燃烧收集二氧化碳的技术还处于示范阶段。

收集到的二氧化碳可以使用管线或者船舶运送，最具潜力的二氧化碳存储方式为注入地下岩层，向衰竭或将要衰竭的油气层注入二氧化碳可提高采收率。利用二氧化碳提高采油技术已广泛应用于美国二叠纪盆地、加拿大的韦伯恩油田和挪威的斯雷普纳等油田。CCS技术用于燃煤电站的主要基础设备也能够在工业上进行生产，但完整的技术系统还没有，现在需要的是大型CCS示范项目为未来发展铺平道路。在IGCC中利用CCS方法，可使IGCC成为未来极低排放发电系统的最佳方法，是科研机构和企业努力攻克的技术方向。

二、我国洁净煤发电技术研发期待突破

国际上对洁净煤发电技术的研发和应用始于上世纪70年代，但进展迅猛，很多技术已经商业化应用，煤炭燃烧发电热效率得到较大提升，SO2、NOx和烟尘排放量显著降低，环境状况日益改善。目前IGCC发电技术正处于第二代技术的成熟阶段，燃气轮机初温达到1288℃，单机容量大幅度提长。IGCC正由商用化示范进入实用推广。现在，全世界己建、在建和拟建的IGCC电站近30套，最大的为美国44万千瓦机组，可研的有德国90万千瓦机组。

我国煤炭洁净发电技术与世界先进水平相比差距较大。现阶段的燃煤发电技术主要以常规亚临界发电技术为主，平均供电煤耗为每千瓦时374克标煤，比世界先进水平高55克标煤。我国对IGCC的研究始于上世纪80年代初，但项目研究进展缓慢。目前正在进行IGCC前期工作的工程主要有烟台、华能天津、廊坊和大唐深圳，单机规模分别为40万千瓦和28万千瓦两个类别。近年来，我国对CO2捕捉和封存技术开始重视，2003年参加了有16个产煤和用煤签署的CSLF（Carbon Sequestration LeadershipForum）宪章。但总体来看，我国IGCC和CCS技术研究与国外至少有20年的差距。主要原因有以下三点：

（一）管理体制不畅，科研力量薄弱

国家缺乏对洁净煤发电技术发展的统一布局和协调。政府多部门管理，相互之间缺乏协调，各项技术的发展缺乏统一规划和布局。而IGCC技术难度大，我国从事这方面研究的技术力量薄弱，经验不足。气化技术的中试基地少，使得诸如灰熔聚气气化炉、浓相输送气化炉技术得不到足够的开发支持。科研机构、高校、设计院也缺乏专门的IGCC和CCS技术人才。

（二）关键技术尚未取得突破性进展

目前国内仅掌握了B级燃机的低热值燃烧技术，E级已列入863项目实施攻关，对F级的燃机还没有研究。F级的燃机引进技术范围不包括燃烧低中低热值合成气的燃气轮机。在今后IGCC发电项目中，还需要与相关的国外公司合作。由于国内没有一台真正意义上的IGCC投运，使得我们没有配套控制软件和相应实用的仿真系统。另外，气化炉配套的喷嘴、电磁阀、排渣阀、过滤元件、控制元件等部件，目前国内的制造技术还不过关。

（三）缺少相应的政策支持

IGCC突出的特点是清洁，但成本比常规燃煤发电高，目前国家还没有鼓励清洁电厂的政策，使得IGCC很难和常规的燃煤电厂进行竞争。尽管在燃煤发电中采用CCS技术生产一度电所消耗的煤比使用IGCC技术发电降低20%，但仍比传统燃煤发电多消耗30%。由于目前IGCC投资大、发电成本高，在起步阶段须得到国家政策和资金的支持。目前，新技术工业示范项目以企业投入为主，缺乏相应的风险机制，多数企业没有足够的能力承担示范风险。

三、从战略高度组织力量攻克洁净煤发电关键技术

煤炭是我国的基础能源，燃煤发电是我国电力的主体。实现国家提出的节能减排目标，缩小与发达国家间的差距，我国应采取有力措施，加快洁净煤发电关键技术的研发与推广。

1．应从节能减排战略产业的高度重视洁净煤发电技术的研发。我国2006年燃煤发电装机为4.3亿千瓦，预计2010年、2020年、2030年燃煤发电装机将分别达到6.2亿千瓦、9亿千瓦、11.5亿千瓦。我国洁净煤发电技术装备市场是世界上最大的市场，是一个市值达万亿元的“巨大蛋糕”。近年来，外国公司已显露出垄断洁净煤发电技术的企图，准备携技术大举进攻我国市场，攫取巨额利润。对我国这样一个以煤炭为主要能源的大国来说，洁净煤发电技术是一个影响国家节约发展、清洁发展、可持续发展的战略性技术。因此，政府应从抓住这一“技术窗口”的战略高度，制定洁净煤发电技术研发的规划和标准，加大支持力度，用自主创新技术开发我国洁净煤发电装备，促进相关产业的转型和跃升，避免陷入对国外技术的依赖，实现洁净煤技术的历史性跨越。

2．建立洁净煤发电技术国家实验室。我国虽有多个洁净煤技术研究机构，但人员分散，经费有限，设备落后，难以形成高水平、可持续的IGCC和CCS技术研发基地。为了搞好洁净煤重大技术攻关，科研人员和企业强烈呼吁国家尽快成立国家洁净煤实验室。建立政府支持、企业参与、科研机构运作的研发平台，加快洁净煤技术的创新，加快科研成果向企业转化，缩小我国与发达国家的差距。

3．支持洁净煤发电技术的示范与应用。发达国家政府对洁净煤发电技术开发投入了大量资金，推进洁净煤技术的示范与应用。如美国的洁净煤发电技术计划己投资71.4亿美元，其中政府资助比例约为35%。日本政府每年为“新阳光计划”拨款570多亿日元。这一做法，既可推进研发，又可通过示范检验产品质量、性能，还可宣传普及和推广。我国可借鉴这一做法，设立专项资金，支持洁净煤发电技术的示范与应用。在示范技术完成的基础上，促进先进技术的工程化、产业化。要加快示范电站项目的核准建设，用新技术改造现有燃煤电厂，淘汰落后生产能力。

4．用财税政策鼓励洁净煤发电技术的产业化和市场化。由于洁净煤发电技术研发本身是重要的创新源，并且具有溢出效应，因此政府应通过财税政策鼓励产学研打破行业界限，开展合作，利益共享，风险共担。同时对研发和采用先进技术的企业给予税收优惠、低息贷款等激励政策，促进洁净煤发电技术的推广应用。充分运用税收政策对应用洁净煤发电技术的示范项目，给予关税、增值税和所得税减免等优惠，对商业化的洁净煤发电技术项目提供低利率贷款。为购买国产设备提供融资支持，扶持本国技术和装备的研发与升级。在上网电价方面，综合考虑污染物排放的折价，给予全电量上网的扶持政策，促进洁净煤发电技术发挥更大的社会效益和生态效益。

5．加强国际合作。我国开展IGCC和CCS技术研发的时间较晚，与国际先进水平差距较大，借鉴国外的先进做法对提高我们的技术水平很有必要。目前，我国和一些国家开展了政府间、科研机构间和企业间不同层次的技术交流等合作，即将与美国、日本、印度和韩国签署IGCC技术合作协议。今后，应把这些交流与合作纳入洁净煤发电技术这一战略产业发展的轨道。积极与外国政府和科研机构、企业合作，利用各种研讨会、产品展示活动，了解国际洁净煤研发新成果，消化吸收，为我所用，加快创新步伐。初期引入国外先进技术设备，进行再创新，创造出拥有自主知识产权的洁净煤利用技术，赶超世界先进水平。

（作者系国家安全监管总局研究中心主任 中国煤炭工业发展研究中心主任）